一种大功率负载的能量管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大功率负载的能量管理系统，包括充放电指示电路、负载控制模块和发电机，发电机的发电输出端与蓄电池的正极连接，充放电指示电路连接于ON档电源端子与发电机的指示灯控制端之间，负载控制模块由指示灯控制端供电，负载控制模块用于在发电机进入自励时段期间向供电总开关输出使能控制信号，以使供电总开关闭合，允许发电机经发电输出端向大功率负载供电。本发明的通过检测发动机的自励方式判断是否向大功率负载供电的能量管理系统相对利用蓄电池电量传感器进行能量管理的能量管理系统具有简单、可靠、且成本较低的优点。
【专利说明】一种大功率负载的能量管理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车电器与电子【技术领域】，尤其涉及一种大功率负载的能量管理系统。
【背景技术】
[0002]随着汽车电器与电子技术的不断进步，大功率负载在整车上应用的越来越多，传统的粗放型的电源管理模式越来越不能满足整车电量的需求。目前基本是通过蓄电池电量传感器检测蓄电池的剩余电量，以使发动机电控单元通过分析蓄电池荷电状态(SOC，Stateof Charge)、蓄电池功能状态(SOF, State of Funct1n)来实现能量的管理,利用蓄电池电量传感器进行能量管理需要开发智能发电机、蓄电池电量传感器、作为网关的控制单元及相应的功耗部件，因此使得该种能量管理方案具有成本高，且开发周期长的缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的是为了解决现有利用蓄电池电量传感器进行能量管理存在的上述问题，提供一种简单、可靠、且成本较低的大功率负载能量管理系统。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种大功率负载的能量管理系统，包括充放电指示电路、负载控制模块和发电机，所述发电机的发电输出端与蓄电池的正极连接，所述充放电指示电路连接于ON档电源端子与发电机的指示灯控制端之间，所述负载控制模块由所述指示灯控制端供电，所述负载控制模块用于在所述发电机进入自励时段期间向供电总开关输出使能控制信号，以使所述供电总开关闭合，允许所述发电机经所述发电输出端向大功率负载供电。
[0005]优选的是，所述负载控制模块用于在检测到所述指示灯控制端的电压大于设定电压时，判断所述发电机进入自励时段。
[0006]优选的是，所述能量管理系统还包括连接于所述指示灯控制端与搭铁之间的电压采集电路，所述电压采集电路的检测点向所述负载控制模块输出与所述指示灯控制端的电压具有确定比例关系的检测点电压。
[0007]优选的是，所述电压采集电路包括串联连接于所述指示灯控制端与所述搭铁之间的第一分压电阻和第二分压电阻，其中，所述第二分压电阻的一端与所述搭铁连接，另一端作为所述检测点。
[0008]优选的是，所述电压采集电路的检测点与搭铁之间连接有滤波电路。
[0009]优选的是，所述指示灯控制端与搭铁之间连接有滤波电路。
[0010]优选的是，所述负载控制模块还用于在检测到所述指示灯控制端的电压于负载控制模块启动起的设定时间内仍未达到所述指示灯控制端的稳定电压值时，向报警装置输出报警信号，以使报警装置提醒驾驶员关闭大功率负载。
[0011]优选的是，所述能量管理系统还包括恒流源，所述恒流源与所述充放电指示电路并联连接于所述ON档电源端子与所述指示灯控制端之间。
[0012]优选的是，所述恒流源包括串联连接于所述ON档电源端子与所述指示灯控制端之间的恒流二极管和电阻。
[0013]优选的是，所述能量管理系统还包括稳压电路，所述指示灯控制端经所述稳压电路向所述负载控制模块供电。
[0014]本发明的有益效果为:本发明的大功率负载的能量管理系统设计为由发动机的指示灯控制端向负载控制模块供电，因此可以保证大功率负载只有在发电机发电的情况下才能够工作；另外，本发明通过使负载控制模块只有在发动机进入自励时段才允许发电机经发电输出端向大功率负载供电的方式保证发动机可以正常启动并在正常启动后为蓄电池充电及向大功率负载供电。由此可见，本发明的能量管理系统无需开发智能发电机、蓄电池电量传感器、作为网关的控制单元及相应的功耗部件，因此，本发明的通过检测发动机的自励方式判断是否向大功率负载供电的能量管理系统相对利用蓄电池电量传感器进行能量管理的能量管理系统具有简单、可靠、且成本较低的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为根据本发明所述大功率负载的能量管理系统的一种实施方式的结构原理图。
[0016]附图标记说明:
[0017]1-充放电指示电路；2-发电机；
[0018]3-恒流源； Ul-负载控制模块；
[0019]U2-稳压器；D2-充放电指示灯；
[0020]Sff-点火开关；P3-0N档电源端子；
[0021]B-蓄电池；B+-发电输出端；
[0022]L-指示灯控制端；S-电瓶电压侦测端；
[0023]21-磁场绕组；22-电子调节器；
[0024]DUD3- 二极管；D5-恒流二极管；
[0025]R1、R2、R5、R6、R10-电阻；R3_ 第一分压电阻；
[0026]R4-第二分压电阻；Cl~C4-电容。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0028]本发明提出了一种大功率负载的能量管理方法，参照图1，该方法包括如下步骤:
[0029]步骤S1:检测发电机是否开始发电，这例如可通过检测发动机的指示灯控制端L是否有电压输出来实现，指示灯控制端L有电压输出表明发电机开始发电。
[0030]步骤S2:在发电机开始发电后，判断发电机是否进入自励时段，在此，由于发电机的工作原理是:在点火钥匙旋至ON档使点火开关SW接通蓄电池B与ON档电源端子P3(0N档电源端子P3经点火开关SW与蓄电池的正极连接，其具体为在点火钥匙处于ON档和START档有电的端子)之间的连接时，蓄电池B经发电机2的指示灯控制端L向磁场绕组21励磁(即他励时段)，发电机2开始发电，此时连接于ON档电源端子P3与指示灯控制端L之间的充放电指示电路I的充放电指示灯D2点亮；之后发电机2的电子调节器22通过电瓶电压侦测端S检测蓄电池B的电压，随着发电机转速的不断提高，在蓄电池B的电压小于发电机电压时，电子调节器22控制发电机2的励磁方式变为自励(即自励时段)，此时充放电指示灯D2因两端的电位相等而熄灭，发电机2开始为蓄电池B充电，并为大功率负载供电，而且此时指示灯控制端L的电压将大于某个确定的电压值，对于惯常采用的汽车发电机，在指示灯控制端L的电压大于9.5V时表明发电机2已进入自励时段。因此，判断发电机是否进入自励时段的信号可来自于电子调节器22，也可来自对指示灯控制端L的电压的检测。
[0031]步骤S3:在发电机2进入自励时段期间向供电总开关输出使能控制信号，以使供电总开关闭合，允许发电机2经发电输出端B+向大功率负载供电，即该供电总开关连接于发电输出端B+向所有大功率负载供电的供电母线上，在此，经该供电母线引出的为各大功率负载单独供电的各负载电路上还应该连接有用于控制对应大功率负载是否工作的负载开关，该负载开关由驾驶员操控。
[0032]上述通过检测发电机是否进入自励时段控制发电机是否向大功率负载供电的能量管理方法无需开发智能发电机、蓄电池电量传感器、作为网关的控制单元及相应的功耗部件，因此，具有简单、可靠、且成本较低的优点。
[0033]基于上述能量管理方法，如图1所示，本发明的大功率负载的能量管理系统包括充放电指示电路1、负载控制模块Ul和发电机2，发电机2的发电输出端B+与蓄电池B的正极连接，充放电指示电路I连接于ON档电源端子P3与发电机2的指示灯控制端L之间，为了保证大功率负载只有在发电机发电时才能够工作，因此，在本发明的能量管理系统中，负载控制模块Ul由指示灯控制端L供电，负载控制模块Ul用于在发电机2进入自励时段期间向供电总开关(图中未示出)输出使能控制信号，以使供电总开关闭合，允许发电机2经发电输出端B+向大功率负载供电，该大功率负载主要包括车载冰箱、电压逆变器、冷热托杯等。
[0034]为了能以最简单的方式及最低的成本实现通过负载控制模块Ul判断发电机2是否进入自励时段的方案，该负载控制模块Ul用于在检测到指示灯控制端L的电压大于设定电压时，判断所述发电机进入自励时段，该设定电压例如是上述说明的9.5V。
[0035]由于负载控制模块Ul能够检测的电压范围通常有限，因此，如图1所示，该能量管理系统还可包括连接于指示灯控制端L与搭铁之间的电压采集电路，该电压采集电路的检测点向负载控制模块Ul (具体为向负载控制模块Ul的DETE端口)输出与指示灯控制端L的电压具有确定比例关系的检测点电压，这样负载控制模块Ul可以在检测点电压大于与上述设定电压相对应的等效电压时，认为是检测到指示灯控制端L的电压已大于设定电压。
[0036]如图1所示，该电压采集电路例如可包括串联连接于指示灯控制端L与搭铁之间的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，其中，第二分压电阻R4的一端与搭铁连接，另一端作为上述检测点向负载控制模块Ul输出与指示灯控制端L的电压具有确定比例关系的检测点电压。
[0037]为了增加检测点输出检测点电压的可靠性，可在电压采集电路的检测点与搭铁之间连接滤波电路，该滤波电路例如是连接于检测点与搭铁之间的电容C2。
[0038]为了增加指示灯控制端L输出电压的可靠性，可在指示灯控制端L与搭铁之间连接滤波电路，该滤波电路例如是连接于指示灯控制端L与搭铁之间的电容Cl。
[0039]由于在发电机2进入自励时段为蓄电池B充电及向大功率负载供电后，将影响发发电输出端B+的电压的增速，相应地导致指示灯控制端L的电压也需要较长的时间才能达到最终的稳定电压值(通常为12.5V)，如果该增速过慢将导致汽车性能的降低，为了避免该种问题的发生，本发明的负载控制模块Ul还用于在检测到指示灯控制端L的电压于负载控制模块Ul启动起(即指示灯控制端L开始向负载控制模块Ul输出工作电压起)的设定时间内(该设定时间例如是5分钟至15分钟，通常可选择为是10分钟)仍未达到指示灯控制端L的稳定电压值时，向报警装置输出报警信号，以使报警装置提醒驾驶员通过断开负载开关关闭大功率负载，该设定时间可根据发电机2的性能及用户使用要求设定。
[0040]上述负载控制模块Ul主要涉及比较、计时，并根据比较、计时结果输出对应的控制信号的功能，这很容易在控制器中利用软件实现，也可以通过硬件实现，例如，其中的比较及根据比较结果输出对应控制信号的功能可以通过比较器实现，其中的计时及根据计时结果输出对应控制信号的功能可以通过计时器实现。
[0041]由于本发明采用指示灯控制端L为负载控制模块Ul及其外围电路供电，因此可能会拉低指示灯控制端L的回路电流，进而一方面使蓄电池B经指示灯控制端L向磁场绕组21励磁的励磁电流降低，另一方面会导致充放电指示灯D2微量，为了解决该问题，本发明的能量管理系统还设置恒流源3，该恒流源3与充放电指示电路I并联连接于ON档电源端子P3与指示灯控制端L之间，以通过恒流源3对经指示灯控制端L向磁场绕组21励磁的励磁电流进行补偿。在此,发电机励磁电流通常在10mA到500mA之间，蓄电池B经充放电指示电路I输入至指示灯控制端L的励磁电流通常为110mA，因此，蓄电池经恒流源3输入至指示灯控制端L的励磁电流应该满足大于等于100mA，且小于等于390mA，以保证任何一路励磁电流均能保证发电机励磁，同时保证两路励磁电流之和在励磁电流范围内，在本发明的实施例中，蓄电池经恒流源3输入至指示灯控制端L的励磁电流为100mA。
[0042]本领域技术人员可以根据上述要求选择恰当的恒流源3，例如，该恒流源3可包括串联连接于ON档电源端子P3与指示灯控制端L之间的恒流二极管D5和电阻R10。
[0043]为了经指示灯控制端L向负载控制模块Ul提供所需的工作电压，如图1所示，本发明的能量管理系统还包括稳压电路，以使指示灯控制端L经该稳压电路向负载控制模块Ul供电，具体是稳压电路的输出端与负载控制模块Ul的工作电压输入端口 BAT连接。该稳压电路可利用稳压器U2实现，如果负载控制模块Ul需要5V的工作电压，则选择稳定输出5V电压的稳压器U2即可，具体电路结构为指示灯控制端L经输入端滤波电路(由电阻R5和电容C3构成)与稳压器U2的电压输入端Vin连接，稳压器U2的电压输出端Vout经输出端滤波电路(由电阻R6和电容C4构成)向负载控制模块Ul的工作电压输入端口 BAT输出工作电压。
[0044]本发明的充放电指示电路I可采用如图1所示的发光二极管作为充放电指示灯D2，为了匹配发光二极管的工作特性，该充放电指示电路I可包括顺次连接于ON档电源端子P3与指示灯控制端L之间的二极管D1、电阻R1、充放电指示灯D2和二极管D3，及与电阻Rl和充放电指示灯D2并联的电阻R2，其中，电阻Rl和电阻R2的阻值均为1500 Ω。
[0045]以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种大功率负载的能量管理系统，包括充放电指不电路、负载控制模块和发电机，所述发电机的发电输出端与蓄电池的正极连接，所述充放电指示电路连接于ON档电源端子与发电机的指示灯控制端之间，其特征在于，所述负载控制模块由所述指示灯控制端供电，所述负载控制模块用于在所述发电机进入自励时段期间向供电总开关输出使能控制信号，以使所述供电总开关闭合，允许所述发电机经所述发电输出端向大功率负载供电。
2.根据权利要求1所述的能量管理系统，其特征在于，所述负载控制模块用于在检测到所述指示灯控制端的电压大于设定电压时，判断所述发电机进入自励时段。
3.根据权利要求2所述的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统还包括连接于所述指示灯控制端与搭铁之间的电压采集电路，所述电压采集电路的检测点向所述负载控制模块输出与所述指示灯控制端的电压具有确定比例关系的检测点电压。
4.根据权利要求3所述的能量管理系统，其特征在于，所述电压采集电路包括串联连接于所述指示灯控制端与所述搭铁之间的第一分压电阻和第二分压电阻，其中，所述第二分压电阻的一端与所述搭铁连接，另一端作为所述检测点。
5.根据权利要求3所述的能量管理系统，其特征在于，所述电压采集电路的检测点与搭铁之间连接有滤波电路。
6.根据权利要求1所述的能量管理系统，其特征在于，所述指示灯控制端与搭铁之间连接有滤波电路。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的能量管理系统，其特征在于，所述负载控制模块还用于在检测到所述指示灯控制端的电压于负载控制模块启动起的设定时间内仍未达到所述指示灯控制端的稳定电压值时，向报警装置输出报警信号，以使报警装置提醒驾驶员关闭大功率负载。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统还包括恒流源，所述恒流源与所述充放电指示电路并联连接于所述ON档电源端子与所述指示灯控制端之间。
9.根据权利要求8所述的能量管理系统，其特征在于，所述恒流源包括串联连接于所述ON档电源端子与所述指示灯控制端之间的恒流二极管和电阻。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统还包括稳压电路，所述指示灯控制端经所述稳压电路向所述负载控制模块供电。
【文档编号】B60R16/02GK104071100SQ201410350258
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】孙涛, 丁琴琴, 李东浩 申请人:安徽江淮汽车股份有限公司